BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRỊNH THỊ HOÀI THU

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA
ĐẾN CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP
KHU VỰC ĐÔNG ANH - HÀ NỘI

Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số : 62520503

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015


Công trình được hoàn thành tại bộ môn Trắc địa Mỏ, khoa Trắc địa,
trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học:
1. GS.TS. Võ Chí Mỹ
Hội Trắc địa, Bản đồ, Viễn thám Việt Nam
2. PGS.TS. Phạm Văn Cự
Trường Đại học Khoa học tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội

Phản biện 1: GS. TS. Trương Quang Hải
Trường Đại học Khoa học tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội
Phản biện 2: TS. Trần Đình Luật
Tổng Công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam
Phản biện 3: TS. Vũ Kim Chi

b/ Nhiệm vụ:
Để đạt được mục tiêu của đề tài, quá trình nghiên cứu đã thực hiện
các nhiệm vụ chính sau đây:
- Tổng quan tài liệu và các công trình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt
Nam về tác động của quá trình đô thị hóa đến cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp;
- Nghiên cứu các phương pháp phân loại mờ tiếp cận đối tượng nhằm nâng
cao độ chính xác chiết tách thông tin sử dụng đất từ ảnh viễn thám;
- Nghiên cứu phương pháp thống kê và mô hình hóa không gian để đánh
giá mức độ đô thị hóa và tác động của đô thị hóa đến cơ cấu sử dụng đất
nông nghiệp;
- Thực nghiệm ứng dụng đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa đến
cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp khu vực Đông Anh Hà Nội.


2

3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu
a/ Đối tượng nghiên cứu
Phương pháp xác định mối quan hệ giữa đô thị hóa, biến động cơ cấu
sử dụng đất và ảnh hưởng của đô thị hóa đến biến động cơ cấu sử dụng đất.
b/ Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài giới hạn phạm vi không gian huyện Đông Anh, Hà Nội.
- Giới hạn phạm vi nghiên cứu cho một số loại hình sử dụng đất
chính trong đó, đất nông nghiệp là trọng tâm được chiết tách từ tư
liệu ảnh vệ tinh Landsat.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp các phương pháp bao gồm: phân tích, tổng hợp, thống kê,
quy nạp thực tiễn, mô hình hóa và phương pháp thực nghiệm.
5. Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Trong phân loại mờ tiếp cận đối tượng đối với khu vực

b/ Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu là tư liệu cung cấp các thông tin hỗ trợ cho các
cơ quan quy hoạch, cơ quan quản lý điều chỉnh, bổ sung và xây dựng các
cơ chế chính sách về định hướng quy hoạch.
8. Cấu trúc luận án
Nội dung luận án được trình bày trong ba chương cùng với phần mở
đầu, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục.
Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ TỔNG QUAN
CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH
ĐÔ THỊ HÓA ĐẾN CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP
1.1. Tổng quan nghiên cứu đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa
đến thay đổi sử dụng đất nông nghiệp
1.1.1. Các quan điểm về đô thị hóa, đô thị và khu vực ven đô
Đô thị hóa là một hiện tượng nhiều tầm và đa diện về kinh tế, xã hội,
môi trường biểu hiện ở phát triển thủ công nghiệp, công nghiệp, sản xuất
hàng hóa, phân công lao động, chuyển đổi nơi ở và làm việc,…[9]. Quá
trình đô thị hóa không chỉ xảy ra ở những khu vực được coi là đô thị, mà ở
cả những khu vực nông thôn và ven đô [118, 152, 170].


4

Đô thị hóa ở khu vực ven đô nhấn mạnh sự hình thành, lan tỏa và
phát triển đặc tính đô thị thay thế cho những đặc tính nông nghiệp, nông
thôn vốn nổi trội trước khi bị đô thị hóa [7].
1.1.2. Các yếu tố của đô thị hóa ảnh hưởng đến thay đổi sử dụng đất
nông nghiệp
Thay đổi sử dụng đất là kết quả của hoạt động kinh tế - xã hội và
điều kiện tự nhiên trong quá trình khai thác, sử dụng của con người
(hình1.2) [28, 69, 94] trong đó, kinh tế - xã hội được coi là tác nhân chính



5

đánh giá tác động của đô thị hóa đến đất nông nghiệp dựa vào dữ liệu thống
kê và dữ liệu điều tra xã hội, phân tích tác động của đô thị hóa đến sử dụng
đất như trong nghiên cứu của Van den berg [158], Trần Đức Viên [165],
Brody Lee [92] về đô thị Hà Nội với thay đổi đất nông nghiệp. Các nghiên
cứu này tập trung đánh giá mối quan hệ giữa đô thị hóa và sử dụng đất theo
hai hướng: một là đánh giá theo quan điểm địa lý; hai là đánh giá theo quan
điểm xã hội. Hai hướng tiếp cận độc lập, riêng rẽ này đã bộc lộ một số hạn
chế. Các nhà nghiên cứu xã hội liên kết vấn đề đô thị hóa và sử dụng đất theo
phương pháp quy nạp thực tiễn [7, 158, 165], phân tích và xem xét đô thị hóa
ở mức độ tổng hợp hơn bao gồm cả hai hợp phần: kinh tế và xã hội. Hạn chế
của các tác giả này là chỉ dựa vào số liệu thống kê đánh giá mà không định
lượng không gian của mối quan hệ giữa đô thị hóa và sử dụng đất. Trong khi
đó, các nhà địa lý ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) chỉ xem
xét đô thị hóa tương đồng với sự phát triển không gian, mở rộng không gian
khu vực dân cư, khu công nghiệp và khu đô thị để định lượng thay đổi sử
dụng đất theo không gian đô thị hóa [35, 45, 47, 110]. Tuy nhiên, các yếu tố
của đô thị hóa tác động đến sử dụng đất ở trên cho thấy biến đổi sử dụng đất
là một vấn đề phức tạp, sự phức tạp không chỉ nằm ở nội hàm yếu tố sử dụng
đất mà còn liên quan đến các tác nhân khác ảnh hưởng tới sự thay đổi của
chúng. Do đó, một ngành hay một phương pháp duy nhất không đủ để phân
tích, đánh giá chúng một cách toàn diện, sâu sắc [26, 164]. Khi nghiên cứu
vấn đề sử dụng đất cần thiết phải có sự kết hợp của nhiều phương pháp theo
hướng tiếp cận liên ngành [24, 26, 89, 105, 131, 154, 162] thông qua tích hợp
dữ liệu đa chiều bao gồm dữ liệu kinh tế - xã hội và dữ liệu không gian mà
viễn thám là tư liệu tiêu biểu. Nghiên cứu liên kết giữa khoa học viễn thám
và khoa học xã hội đang là một xu hướng hiện đại, xu hướng này đã được


Phụ thuộc vào kiểu biến số

Hồi quy tuyến tính

Liên tục
Hồi quy đồng thời

Phân tích
DỮ LIỆU

hồi quy

Phân tích
Bayes
Phân tích
đào tạo

Liên tục có kiểm soát

Phân tích Tobit

Rời rạc hai chiều

Hồi quy logistic

Biến rời rạc nhiều chiều

Hồi quy đa thức



mối quan hệ giữa sử dụng đất với điều kiện tự nhiên là chính, còn điều
kiện kinh tế - xã hội thì hầu như bỏ ngỏ.
Phân tích thống kê không gian có hai cách thức tiếp cận: phân tích
không gian theo vùng lãnh thổ, phân tích không gian theo điểm [73]. Phân
tích thống kê không gian được chia thành bốn nhóm: phân tích khảo sát dữ
liệu, phân tích hồi quy, thống kê Bayes và mạng nơ-ron nhân tạo (hình 1.3).
Đối với từng khu vực nghiên cứu, cần phải dựa vào cấu trúc dữ liệu, yêu cầu
và các điều kiện cụ thể để lựa chọn các phương pháp phù hợp với độ chính
xác cao nhất và hiệu quả nhất.
1.2. Tổng quan nghiên cứu lớp phủ và sử dụng đất
1.2.1. Khái niệm về lớp phủ và sử dụng đất
Lớp phủ bề mặt là trạng thái lý sinh của bề mặt Trái đất và phần ngay
sát dưới bề mặt [154]. Trong khi đó, sử dụng đất liên quan đến chức năng
hoặc mục đích sử dụng bởi con người [49].
Lớp phủ bề mặt và sử dụng đất có quan hệ chặt chẽ với nhau và phụ
thuộc phần lớn vào đặc tính của đất như (lớp thực phủ, vị trí,…). Trong
thực tế nghiên cứu, lớp phủ bề mặt có thể đứng một mình nhưng sử dụng
đất nhìn chung không thể không liên quan đến lớp phủ bề mặt [108, 131].
1.2.2. Các phương pháp phân loại và quy mô chiết tách thông tin
sử dụng đất từ tư liệu viễn thám
Khi nói đến phân loại ảnh có hai vấn đề cần quan tâm đó là phương
pháp phân loại và quy mô tiếp cận.
Có rất nhiều phương pháp phân loại được phân chia theo phương
pháp phân loại có kiểm định và không kiểm định hoặc là theo phương
pháp thống kê và phi thống kê.
Có ba quy mô tiếp cận bao gồm: tiếp cận theo điểm ảnh (pixel), tiếp
cận dưới điểm ảnh (subpixel) và tiếp cận theo đối tượng là tập hợp các
pixel tạo thành một thực thể giống ngoài thực địa (object).
Hiện nay, xu hướng tiếp cận đối tượng và phương pháp phân loại phi


Giải đoán bằng mắt

Kết hợp
Hình 1.4. Các phương pháp xác định biến động

1.3. Quan điểm và phương pháp nghiên cứu của luận án
1.3.1. Quan điểm nghiên cứu
1. Quan điểm về đô thị hóa
Đô thị hóa khu vực ven đô đồng nghĩa với sự lan truyền tính đô thị
vào khu vực nông thôn được thể hiện thông qua các nhóm tiêu chí như sau:
- cơ cấu kinh tế,
- tăng mật độ dân số, mức sống,
- cơ cấu lao động
- sử dụng đất.
2. Các yếu tố của đô thị hóa ảnh hưởng đến sử dụng đất


9

Nghiên cứu sẽ đánh giá từ tổng thể đến chi tiết từng tiêu chí của đô thị
hóa tới sử dụng đất. Ngoài các tiêu chí nêu trên, các yếu tố tự nhiên như:
khoảng cách tới trung tâm, khoảng cách tới đường giao thông, hay khoảng
cách tới khu vực dân cư cũng là các yếu tố liên quan cần được xem xét.
3. Về thông tin sử dụng đất:
Sử dụng tư liệu viễn thám chiết tách được thông tin sử dụng đất
thông qua mối quan chặt chẽ giữa lớp phủ bề mặt và loại hình sử dụng đất.
4. Về cách tiếp cận trong nghiên cứu đánh giá tác động của đô thị hóa
đến đất nông nghiệp
Luận án sử dụng cách tiếp cận liên ngành để đánh giá tác động của

sử dụng đất

Hình 1.8. Các bước nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu


10

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI MỜ TIẾP CẬN ĐỐI TƯỢNG
CHIẾT TÁCH THÔNG TIN SỬ DỤNG ĐẤT
KHU VỰC ĐÔNG ANH, HÀ NỘI
2.1. Khái quát về đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu
2.2. Lựa chọn tư liệu ảnh
2.3. Xây dựng lớp chú giải cho sử dụng đất khu vực Đông Anh, Hà Nội
2.4. Phân loại mờ tiếp cận đối tượng
2.4.1. Lý thuyết mờ
Logic mờ là loại logic đa giá trị và ý tưởng cơ bản là thay hai kết quả
“sai”, “đúng” của thuật toán Boolean bằng dãy liên tục [0, …..,1] với 0 là
giá trị “sai”, 1 là giá trị “đúng” và mọi giá trị nằm giữa 0 đến 1 sẽ biểu
diễn sự chuyển tiếp giữa sai và đúng [148]. Hàm toán học xác định mức độ
thành viên của một đối tượng s trong tập mờ G được gọi là hàm liên thuộc
và được biểu diễn bằng hàm sau:
(2. 1)
Phân loại mờ bao gồm ba bước cơ bản [153, 157]: Mờ hóa, suy luận
mờ và khử mờ thể hiện ở hình 2.5.
Kiến thức chuyên gia
Suy luận mờ

Mờ hóa

Khử mờ

2. Hàm điều kiện được áp dụng có trọng số
Nếu hàm điều kiện chỉ thỏa mãn một phần, thì mệnh đề then sẽ áp
dụng có trọng số :
Nếu x là A thì

là C với mức độ

Khử mờ:
Để có được thông tin chuyên đề từ kết quả phân loại sử dụng logic
mờ thì các kết quả đó phải được chuyển sang các giá trị tường minh. Các
phương pháp khử mờ bao gồm: trọng tâm (center-o - gravity) và trung
bình tối đa (mean-o -maximum) theo hai công thức sau [153]:
n

center  of  gravity 

 s   ( s)
s 1

n

  (s)

(2. 9)

s 1

m

s


Gán lớp
Kết quả
SUY LUẬN MỜ

Đánh giá độ
chính xác
Xây dựng bộ quy tắc

Hình 2.7. Sơ đồ các bước xử lý ảnh


13

Chương 3. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA ĐÔ THỊ HÓA ĐẾN
BIẾN ĐỘNG CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP
KHU VỰC ĐÔNG ANH, HÀ NỘI
3.1. Đánh giá mức độ đô thị hóa khu vực Đông Anh, Hà Nội
3.1.1. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ đô thị hóa cho khu vực Đông Anh, Hà Nội
Các nhóm chỉ tiêu bao gồm: sử dụng đất, dân số và điều kiện cơ sở
vật chất và nhóm lao động và cơ cấu kinh tế.
Bảng 3.1. Nhóm tỉ trọng mục đích sử dụng đất

Tiêu chí
Sử dụng đất

-

Chỉ tiêu
Tỉ trọng đất xây dựng

P_umploy
P_NLTS
P_CNXD
P_TNDV
I_NLTS
I_CNXD
I_TNDV

Bảng 3.3. Nhóm dân số và điều kiện cơ sở vật chất

Tiêu chí
Chỉ tiêu
Dân số
Mật độ dân số
Điều kiện cơ sở - Tỉ lệ hộ có máy tính
vật chất
- Tỉ lệ hộ gia đình được sử dụng nước máy
- Tỉ lệ hộ gia đình sử dụng bếp Gas

Mã
PP
PC
W
G


14

3.1.2. Phương pháp đánh giá mức độ đô thị hóa
Phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) được sử dụng trong


5

0.25

60

4

40

3
2

Lua
Mau

0
-0.25

XD
PP
I_TNDV
P_umplo
I_CN XD
y P_CNXD
P_TNDV

-0.5



axis

Hình 3.2. Các trục thành phần F và
sự phân bố của các chỉ tiêu trên hai trục thành phần chính F1 và F2 năm 2001
Scree plot
12

100

10

Cumulative variability (%)

80

Eigenvalue

8

60

6

40

4

20



-0.5
-0.75

0

0
F1

F3

F5

F7

F9

axis

F11 F13 F15 F17

-1
-1 -0.75-0.5-0.25 0 0.25 0.5 0.75 1

Hình 3.3. Các trục thành phần F và
sự phân bố của các chỉ tiêu trên hai trục thành phần chính F1 và F2 năm 2006


15



0
F1

F3

F5

F7

F9 F11 F13 F15 F17

axis

0.5
0.25
0

P_NLTS
I_NLTS
Mlua
Lua
Mau

-0.25
-0.5

P_umpl
PP
oy XD

động từ lĩnh vực nông lâm nghiệp, thủy sản. Trục F2 thể hiện cho mức độ
hoạt động nông nghiệp.
Hình 3.5; 3.6 và 3.7 thể hiện mức độ đô thị hóa trên không gian
huyện Đông Anh, Hà Nội thông qua các tiêu chí trên trục F1 và phân chia
thành các cấp độ biến đổi về mức độ đô thị hóa tăng theo nên màu từ gam
màu lạnh đến gam màu nóng.
3.2. Đánh giá biến động sử dụng đất nông nghiệp tại Đông Anh, Hà Nội
3.2.1. Đánh giá biến động sử dụng đất theo thời gian
 Giai đoạn 2001- 2006

Hình 3.8

 Giai đoạn 2006 – 2013

Hình 3.10


17

Hình 3.8 và hình 3.10 Chuyển đổi cơ cấu giữa các loại hình sử dụng đất
chính giai đoạn 2001-2006 và giai đoạn 2006-2013.
 Giai đoạn 2001 - 2013
Bảng 3.8. Biến động sử dụng đất giai đoạn 2001- 2013

Loại hình
sử dụng
đất
Xây dựng
Lúa
Hoa màu

-1810.27
-204.41
-973.35
465.99
99.38
-38.32

13.3
-9.8
-1.1
-5.3
2.5
0.5
-0.2

3.2.2. Đánh giá diện tích biến động sử dụng đất theo không gian
3.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất
nông nghiệp tại Đông Anh, Hà Nội
3.3.1. Hồi quy logistic
Mô hình hồi quy đa thức là mô hình hồi quy mở rộng của mô hình
hồi đơn thức [70]. Mô hình đơn thức với biến phụ thuộc là biến nhị phân
với hai trạng thái 0 và 1 có phương trình như sau:
[
Xác suất để

]

(3. 1)

= 1 nghĩa là xác suất sự kiện xảy ra được xác định theo công

Xác định các yếu tố của ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất nông nghiệp

3.3.2. Cơ sở dữ liệu GIS của mô hình
Bảng 3.13. Biến phụ thuộc và biến độc lập

Loại biến
Biến phụ thuộc
Không chuyển đổi
Chuyển đổi từ đất chuyên lúa thành đất xây dựng
Chuyển đổi từ đất chuyên lúa thành đất màu lúa
Chuyển đổi từ đất chuyên lúa thành đất ao hồ
Chuyển đổi từ đất màu lúa thành đất xây dựng
Chuyển đổi từ đất màu lúa thành đất lúa
Biến độc lập
Mức độ đô thị hóa (F1)
Mức độ hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp (F2)
Điều
Khoảng cách đến Hà Nội (HN)

Kiểu

kiện tự Khoảng cách đến đường giao thông chính (GT)
nhiên
Khoảng cách đến khu dân cư (DC)

Liên tục

Điều kiện Cơ cấu ngành lao động
kinh tế Cơ cấu nguồn thu nhập
xã hội Mật độ dân số

Năm 2001
Màu lúa

Năm 2006
+F1
-DC; - HN

+F1; +I_CN
-F2; -P_CN; -DC; - HN

Xây dựng

Năm 2006
+F2; +DPP
+F1;+F2;+DPP;+I_DV;+I_CN;+P_NN
-DC
-P_DV; -DC

Năm 2013

Năm 2006
+DC, +HN

Năm 2013

Năm 2006
+F1; +HN

-GT; -DC


hội đều có liên quan đến chuyển đổi sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu
trong vòng hơn 10 năm qua. ếu tố khoảng cách tới khu vực dân cư (DC)
là yếu tố tự nhiên quan trọng, nó liên quan đến hầu hết các loại hình
chuyển đổi sử dụng đất chính của huyện. Trong khi đó, hai yếu tố mức độ
đô thị hóa (F1) và thay đổi mật độ dân số (DPP) lại là hai yếu tố kinh tế xã hội đóng vai trò quan trọng của chuyển đổi sử dụng đất. ếu tố mức độ
đô thị hóa (F1) liên quan theo chiều tương tác thuận đến chuyển đổi từ đất


20

nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp. Yếu tố thay đổi mật độ dân số
(DPP) hầu hết liên quan theo chiều tương quan thuận đến sự các loại hình
chuyển đổi sử dụng đất trong khu vực, chỉ có loại chuyển đổi từ đất màu
lúa sang đất chuyên lúa có sự tương tác nghịch.
3.4. Mô hình hóa biến động sử dụng đất nông nghiệp

Bản đồ các yếu
tố tác động

Các bản đồ
Chuẩn hóa dữ liệu

Mô hình hóa

kiểm chứng

MLP

Bản đồ
Bản

Khả năng chuyển đổi từ đất chuyên lúa sang ao hồ

Khả năng chuyển đổi từ đất màu lúa sang xây dựng

Khả năng chuyển đổi từ đất chuyên lúa sang đất xây dựng

Khả năng chuyển đổi từ đất màu lúa sang chuyên lúa

Khả năng chuyển đổi từ đất chuyên lúa sang màu lúa

Hình 3. 20. Khả năng chuyển đổi sử dụng đất sau năm 2001


22

Khả năng chuyển đổi từ đất màu lúa sang chuyên lúa

Khả năng chuyển đổi từ đất chuyên lúa sang xây dựng

Khả năng chuyển đổi từ đất màu lúa sang đất xây dựng

Khả năng chuyển đổi từ đất chuyên lúa sang màu lúa

Khả năng chuyển đổi từ đất chuyên lúa sang ao hồ

Hình 3.21. Khả năng chuyển đổi sử dụng đất sau năm 2006


23